(57)【要約】【課題】  車速やエアコン作動条件に見合った最適な送風機の回転数を得ると共に、省動力に寄与することが可能な車両用制御装置を提供する。【解決手段】  冷却用ファンの回転数を、冷凍サイクルの高圧圧力をパラメータとして設定された閾値に基づき可変制御するにあたり、車速に基づき前記閾値をシフトさせる。この閾値は、車速が遅いほど高圧圧力の低めにシフトさせ、車速が早いほど高圧圧力の高めにシフトさせる。【選択図】        図６
2006137270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源により駆動される圧縮機、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を冷却する放熱用熱交換器、前記放熱用熱交換器で冷却された冷媒を減圧する膨張装置、及び前記膨張装置で減圧された冷媒を蒸発気化させる蒸発器を少なくとも配管接続して構成される冷凍サイクルと、前記放熱用熱交換器を少なくとも冷却する冷却用ファンとを有し、前記冷却用ファンの回転数を制御するようにしている車両用制御装置において、
車速を検知する車速検知手段と、
前記冷凍サイクルの高圧圧力を検知する高圧圧力検知手段と、
前記冷却用ファンの回転数を前記高圧圧力検知手段により検知された高圧圧力をパラメータとして設定された閾値に基づき可変させるファン回転数制御手段と、
前記車速検知手段により検知された車速に基づき前記閾値をシフトさせる閾値調整手段とを具備することを特徴とする車両用制御装置。
【請求項２】
前記閾値補正手段は、前記車速検知手段により検知された車速が遅いほど前記閾値を高圧圧力の低めにシフトさせ、前記車速が早いほど前記閾値を高圧圧力の高めにシフトさせることを特徴とする請求項１記載の車両用制御装置。
【請求項３】
前記閾値補正手段は、前記車速検知手段により検知された車速が遅いほど、前記閾値での前記冷却用ファンの回転数変化率を小さくし、前記車速検知手段により検知された車速が早いほど、前記閾値での前記冷却用ファンの回転数変化率を大きくすることを特徴とする請求項２記載の車両用制御装置。
【請求項４】
前記冷凍サイクルの高圧圧力が異常圧力を認定する所定圧以上となったことを判定する異常圧判定手段を有し、
前記高圧圧力検知手段によって検知された高圧圧力が前記異常圧判定手段によって前記所定圧以上になったと判定された場合に、前記冷却用ファンの回転数を前記高圧圧力が前記所定圧より小さい場合に最大となる回転数より大きく設定することを特徴とする請求項１記載の車両用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両に搭載される少なくとも冷凍サイクルの放熱用熱交換器を冷却するために用いられる冷却用ファンの回転数制御に適した車両用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の車両用制御装置として、動力源により駆動される圧縮機、圧縮機によって圧縮された冷媒を放熱する放熱用熱交換器、放熱用熱交換器で冷却された冷媒を減圧する膨張装置、及び膨張装置で減圧された冷媒を蒸発気化させる蒸発器を少なくとも配管接続して構成される冷凍サイクルと、放熱用熱交換器を冷却する冷却用ファンとを有し、圧縮機の消費動力と冷却用ファンの消費電力とから算出される消費エネルギーが最小となるように冷却用ファンを駆動制御し、空調装置がどうような運転状態にあろうと、その時に要求される冷却能力を発揮するのに必要な最小限の消費エネルギーで制御するようにした構成が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１１８６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような制御においては、冷却ファンの消費電力と圧縮機の消費動力とを正確に検出する必要があり、検出方法や制御ロジックが複雑になる不都合がある。また、制御もクリティカルになるため、エアコンの安定動作の面で問題がある。
【０００５】
このため、冷却用ファンの回転数を車速又は冷凍サイクルの高圧圧力を閾値として制御することも考えられるが、予め決められたそれぞれの閾値のマップデータにより冷却用ファンの回転数を制御しようとすると、必ずしもその時の車速やエアコンの作動条件に見合った最適な回転数を得ることができない不都合がある。
【０００６】
即ち、放熱用熱交換器の前面の風速は、冷却用ファンの回転数の増加に伴って速くなるだけではなく、車両が走行すると走行風を受けることになるため、図１０に示されるように、冷却用ファンが停止している場合でも車速の増大に伴い増大する傾向にある。また、図１１に示されるように、冷却用ファンの回転数を高めて風速を大きくすると、放熱用熱交換器内の冷媒の冷却が促進されるので、冷凍サイクルの高圧圧力が低くなり、コンプレッサ動力は低減する傾向にあるが、エアコン負荷が小さいときほど（外気温が低いときほど）高圧圧力の低下は小さくなる。このため、圧縮機の消費動力と冷却用ファンの消費電力とから算出される消費エネルギー（トータルパワー）が最小となる最適な高圧圧力（波線で示す）で制御しようする場合、エアコン負荷が小さいときほどファン電圧（冷却用ファンの回転数）は小さくてよいはずであるが、車速のみで冷却用ファンの回転数を制御しようとすると、車速が遅くなればファン回転数が大きくなるため、過剰な電力供給がなされることになる。また、高圧圧力のみで冷却用ファンの回転数を制御しようとすると、車速が速いときには走行風が多くなるためファン回転数を抑えることが可能であるが、高圧圧力に見合ったファン回転数に制御されるため、過剰な電力供給がなされることになる。このように、単に車速又は高圧圧力を閾値として冷却用ファンの回転数を制御したのでは、最適な回転数を得ることができず、省動力を実現できない不都合があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その時の状況に応じた最適なファン制御を行い、省動力に寄与することが可能な車両用制御装置を提供することを主たる課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、この発明に係る車両用制御装置は、動力源により駆動される圧縮機、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を冷却する放熱用熱交換器、前記放熱用熱交換器で冷却された冷媒を減圧する膨張装置、及び前記膨張装置で減圧された冷媒を蒸発気化させる蒸発器を少なくとも配管接続して構成される冷凍サイクルと、前記放熱用熱交換器を少なくとも冷却する冷却用ファンとを有し、前記冷却用ファンの回転数を制御するようにしている構成において、車速を検知する車速検知手段と、前記冷凍サイクルの高圧圧力を検知する高圧圧力検知手段と、前記冷却用ファンの回転数を前記高圧圧力検知手段により検知された高圧圧力をパラメータとして設定された閾値に基づき可変させるファン回転数制御手段と、前記車速検知手段により検知された車速に基づき前記閾値をシフトさせる閾値調整手段とを具備することを特徴としている（請求項１）。
【０００９】
ここで、閾値は、所定のヒステリシスを持たせて回転数を変化させることが好ましい。また、前記閾値は、圧縮機の消費動力と冷却用ファンの消費電力とから算出される消費エネルギーが最小となるような冷却用ファンの回転数特性に追従できるような値とすることが好ましい。
【００１０】
したがって、冷却用ファンの回転数を高圧圧力をパラメータとして設定された閾値に基づき可変制御を行なうにあたり、回転数を可変させる前記閾値を車速に応じてシフトさせるようにしたので、車速やエアコン作動条件に見合った最適な冷却用ファンの回転数を得ることが可能となる。
【００１１】
上述の閾値補正手段の具体的な構成としては、車速検知手段により検知された車速が遅いほど前記閾値を高圧圧力の低めにシフトさせ、車速が早いほど高圧圧力の高めにシフトさせるとよい（請求項２）。
【００１２】
車速が速い場合には、冷却用ファンの回転数が同じでも走行風に起因して送風量が多くなるので、このような場合には、回転数を可変させる閾値をより高圧側へシフトさせても、必要風量が十分に得られることによる。
【００１３】
また、上述の構成を前提として、閾値補正手段を、車速検知手段により検知された車速が遅いほど、閾値での冷却用ファンの回転数変化率を小さくし、車速検知手段により検知された車速が早いほど、閾値での冷却用ファンの回転数変化率を大きくしてもよい（請求項３）。
【００１４】
車速が速い場合には、冷却用ファンの回転数が同じでも送風量は多くなるが、車速が速くなると閾値が高圧側にシフトするので、冷却用ファンの回転数を高圧圧力の圧力変化に対して素早く変化させることが好ましいことによる。
【００１５】
尚、冷凍サイクルの異常状態、即ち、高圧圧力が異常に高くなる場合に備えて、前記冷凍サイクルの高圧圧力が異常圧力を認定する所定圧以上となったことを判定する異常圧判定手段を設け、高圧圧力検知手段によって検知された高圧圧力が異常圧判定手段によって所定圧以上になったと判定された場合に、冷却用ファンの回転数を高圧圧力が前記所定圧より小さい場合に最大となる回転数より大きく設定するとよい（請求項４）。
【発明の効果】
【００１６】
以上述べたように、この発明によれば、冷却用ファンの回転数を冷凍サイクルの高圧圧力をパラメータとして設定された閾値に基づき可変制御する場合に、車速に応じて前記閾値をシフトさせるようにしたので、車速やエアコン作動条件に見合った最適な冷却用ファンの回転数制御を行なうことが可能となる。このため、圧縮機の消費動力と冷却用ファンの消費電力とから算出される消費エネルギー（トータルパワー）を小さくする制御が可能となり、省動力に寄与することが可能な車両用制御装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１８】
以下、この発明の実施の形態を図面により説明する。図１において、車両に搭載される空調制御装置の構成例が示され、この空調制御装置は、エンジン１からの動力を受けて回転する圧縮機２と、この圧縮機２によって圧縮された高温高圧の冷媒を放熱する放熱器３と、この放熱器３によって冷却された冷媒を溜めると共に気相冷媒と液相冷媒とに分離し、液相冷媒のみを下流側へ送る受液器４と、この受液器４から送られる液相冷媒を減圧して低温低圧の気液混合冷媒にする膨張装置５と、この膨張装置５から送られる低温低圧の気液混合冷媒を蒸発気化する蒸発器６とを、この順で配管接続して構成された冷凍サイクル７を有している。
【００１９】
また、前記エンジン１には、ラジエータ８によって冷却され、所定の温度範囲に設定された冷却水が供給されるようになっている。
【００２０】
ラジエータ８は、前記放熱器３と共に車両のエンジンルームの前方に配置されると共に放熱器３よりも車両進行方向前方側に配置され、互いの通風部分が通風方向で直列となるように近接して並設されている。ラジエータ８のさらに前方には、冷却用ファン９が配置され、ラジエータ８や放熱器３の通風部分は、冷却用ファン９からの送風や車両の走行時の走行風が通過するようになっている。
【００２１】
冷却用ファン９は、駆動モータ９ａにより回転されるもので、コントロールユニット１０からの制御信号を受けて回転数が制御されるようになっている。これらコントロールユニット１０や駆動モータ９ａは、エンジン１によって前記圧縮機２と共にベルト駆動されるオルタネータ１１によって電力が供給されるようになっている。
【００２２】
コントロールユニット１０は、図示しない中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）等を備えると共に、冷却用ファン９を駆動制御する制御信号を形成する制御信号形成回路等を有して構成され、車速を検知する車速検知センサ２１、冷凍サイクルの高圧側ライン（圧縮機２の吐出口から放熱器３、受液器４を介して膨張装置５に至る冷媒経路）の圧力を検知する高圧圧力検知センサ２２、外気温度（Ｔamb ）を検出する外気温度検出センサ２３等からの信号を入力し、メモリに与えられた所定のプログラムにしたがって各種入力信号を処理し、前記冷却用ファン９の回転数等を制御するようにしている。ここで、高圧圧力検知センサ２２により検知される高圧側ラインの圧力は、例えば、圧縮機２の吐出口と放熱器３との間や放熱器３と膨張装置５との間の圧力を用いるとよい。
【００２３】
図２において、冷却用ファンの駆動制御例がフローチャートとして示され、以下、このフローチャートに基づいて圧縮機２の制御動作例を説明する。ここで示す制御動作例は、イグニッションスイッチが投入された後に所定の初期設定を経て実行される冷却用ファンの制御の一部を示すもので、ラジエータのオーバーヒートを防止する制御の過程で、ラジエータがオーバーヒートしない安定制御になった場合等に実行されるものである。
【００２４】
コントロールユニット１０は、車速検知センサ２１で検知された車速と、高圧圧力検知センサ２２で検知された冷凍サイクルの高圧圧力とを入力し（ステップ５０）、次のステップ５２で高圧圧力Ｐｄが異常圧力を認定する所定圧α以上となったか否かを判定する。このステップ５２で高圧圧力Ｐｄが所定圧α以上であると認定された場合には、後述するように、冷却用ファンの回転数を高圧圧力がαより小さい場合に最大となる回転数より大きくなるＭＡＸ  ＨＩに設定し（ステップ５４）、高圧圧力Ｐｄが所定圧αより低い場合には、車速と高圧圧力とをパラメータとして冷却用ファンの回転数を冷却用ファンに印加する電圧（ファン電圧）として演算し（ステップ５６）、この印加電圧に基づき冷却用ファン９を駆動制御する（ステップ５８）。
【００２５】
ファン電圧の演算は、具体的には次のような手法に基づいて行なわれる。
先ず、図３に示されるように、ある車速での圧縮機２の消費動力と冷却用ファン９の消費電力から換算されるオルタネータ１１の消費動力との和で表される消費エネルギー（トータルパワー）と、冷却用ファン９の印加電圧（Ｖ）との関係をエアコン負荷を代表する外気温毎に予め測定し、それぞれの外気温で消費エネルギー（トータルパワー）が最小となるファン電圧を結んだ曲線をその車速での最適制御線として把握しておく。このような消費エネルギー（トータルパワー）が最小となる最適制御線を車速毎に求め、これらのデータに基づき、図４に示されるように、冷凍サイクル７の高圧圧力Ｐｄと冷却用ファン９の回転数との関係を示す特性線を車速毎に求めておく。
【００２６】
この図４で示される特性線は、ある車速での消費エネルギー（トータルパワー）が、図５に示されるように、圧縮機動力とそれ以外の動力（この例では冷却用ファン９の消費電力）とに分けられることから、圧縮機動力と冷凍サイクル７の高圧圧力Ｐｄとの相関関係に基づき、消費エネルギー（トータルパワー）が最小となるファン電圧での高圧圧力Ｐｄを算出し、これを外気温毎に算出してファン電圧と高圧圧力との関係を示す特性線を導き、これを車速毎に算出して得られたものである。即ち、圧縮機の消費動力と高圧圧力Ｐｄとの相関関係を利用して車速毎に求めた前記最適制御線から導かれたものである。
【００２７】
この図４で示す特性線から判るように、消費エネルギー（トータルパワー）が最小となるファン電圧は、車速が遅いほど高圧圧力が低い閾値でファン電圧を変化させ、車速が早いほど高圧圧力が高い閾値でファン電圧を変化させればよい。これは、車速が遅いほど冷却用熱交換器を通過する走行風が少なくなるので、高圧圧力の増大に伴う圧縮機動力の増大を抑えるために、高圧圧力が低い時点から冷却用ファンによる送風を多くする必要があり、逆に、車速が速いほど冷却用熱交換器を通過する走行風が多くなるので、高圧圧力の増大に伴う圧縮機動力の増大を抑えるために、高圧圧力が低い時点では、ファンの回転数を大きくしなくても走行風でまかなえるため、高圧圧力が高くなった場合にのみ冷却用ファンによる送風を多くする要請にかなっている。
【００２８】
本発明の冷却用ファンの制御は、このような特性に基づいているもので、このような特性に見合うように、回転数を変化させる閾値を車速に応じてシフトさせるようにしている。即ち、車速が遅いほど、回転数を変化させる閾値を高圧圧力の低めにシフトさせ、車速が速くなるほど、回転数を変化させる閾値を高圧圧力の高めにシフトさせるようにしている。
【００２９】
図５は、このうち、ファン回転数を変化させる閾値を勾配を持たせて設定し、冷却用ファンが停止する回転数が零の状態から高速回転するＨＩの状態にかけて回転数を連続的に可変させるようにしたものである。即ち、車速が遅いほど閾値を低めにシフトさせ、車速が早くなるほど閾値を高めにシフトさせる構成に加え、車速が遅くなるほど、閾値でのファンの回転数の変化率を小さくし、車速が早くなるほど、閾値でのファンの回転数の変化率を大きくしたもので、図４で得られた特性線に最も近似させたものとしている。また、それぞれの車速での閾値は、所定のヒステリシスを持たせるようにしており、高圧圧力の変動に伴うファン回転数のハンチングを防ぐようにしている。
【００３０】
したがって、上述の構成においては、冷却用ファン９の回転数の閾値を車速に応じてシフトさせ、冷却用ファン９の回転数を冷凍サイクル７の高圧圧力をパラメータとして可変させているので、車速やエアコン作動条件に見合った最適な冷却用ファンの回転数を得ることが可能となる。しかも、エンジン負荷が最小となる冷却用ファンの回転数を図３で示す回転数特性にほぼ一致させて追従させるようにしたので、圧縮機２の消費動力と冷却用ファン９の消費電力とから算出される消費エネルギーを小さくする最適状態を形成することが可能となる。
【００３１】
図６に冷却用ファンの回転数を制御する他の構成例が示されている。この例においては、回転数を変化させる閾値を、車速が遅いほど高圧圧力の低めにシフトさせ、車速が早くなるほど回転数を変化させる閾値を高圧圧力の高めにシフトさせるようにしている点で前記構成例と同様であるが、車速に拘わらず、閾値でのファンの回転数の変化率を所定の値に固定したものとなっている。
【００３２】
理想的には、車速に応じて閾値での変化率を変えて図４の特性に近づけることが好ましいといえるが、例えば、低速時の閾値の勾配で車速に応じて閾値をシフトさせて全車速に対応するようにしても、車速やエアコン作動条件に見合った最適な冷却用ファンの回転数を近似的に得ることが可能となる。また、車速との関係でエンジン負荷が最小となる冷却用ファンの回転数を図３で示す回転数特性に沿って近似的に追従させることができるので、圧縮機２の消費動力と冷却用ファン９の消費電力とから算出される消費エネルギーを小さくするような最適状態を形成することが可能となる。
【００３３】
以上の制御は、特に、冷却用ファンをＰＷＭ制御する場合に適した構成であるが、段階的にファン回転数が変化する構成、例えば、ファン回転数が零（ＯＦＦ）、ＬＯＷ、ＨＩと変化するような場合には、図７に示されるように制御してもよい。
【００３４】
即ち、ファン回転数の零（ＯＦＦ）とＬＯＷとを切り替える閾値と、ＬＯＷとＨＩとを切り替える閾値とを、車速が遅いほど高圧圧力の低めにシフトさせ、車速が早いほど高圧圧力の高めにシフトさせるようにするとよい。例えば、車両が停車（車速零）、低速走行、高速走行するような場合であれば、それぞれのファン回転数の閾値を、図４で示す特性線上で切り替わるように、閾値を設定するとよい。
【００３５】
このような構成においても、段階的なファン回転数制御において、車速やエアコン作動条件に見合った最適な冷却用ファンの回転数を得ることが可能となり、車速との関係でエンジン負荷が最小となる冷却用ファンの回転数を図４で示す回転数特性に沿って近似的に追従させることが可能となるので、圧縮機２の消費動力と冷却用ファン９の消費電力とから算出される消費エネルギーを小さくするような最適状態を形成することが可能となる。
【００３６】
尚、以上の構成は、車速が遅いほど、回転数を変化させる閾値を高圧圧力の低めにシフトさせ、前記車速が早くなるほど、回転数を変化させる閾値を高圧圧力の高めにシフトさせる種々の構成を示したが、何らかの原因で高圧圧力検知センサにより検知された高圧圧力が異常圧力を認定する所定圧α以上となった場合には、図８に示されるように、冷却用ファンの回転数を高圧圧力が所定圧αより小さい場合に最大となる回転数（この例では、ＨＩ）より大きい回転数（ＭＡＸ  ＨＩ）に設定し、冷却用熱交換器の冷却を優先して高圧圧力の低下を図るようにするとよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は本発明に係る車両用制御装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、コントロールユニットによる制御動作例を説明するフローチャートである。
【図３】図４は、ファン電圧と消費エネルギー（トータルパワー）との関係を示す線図である。
【図４】図４は、実測データから得られた消費エネルギー（トータルパワー）を最小にする高圧圧力とファン電圧との関係を示す特性線図である。
【図５】図５は、図４に示す特性線図を導く手法を説明する線図である。
【図６】図６は、冷却用ファンの回転数を可変させる閾値の一例であり、ファン回転数と高圧圧力及び車速との関係を示す特性線図である。
【図７】図７は、冷却用ファンの回転数を可変させる閾値の他の例であり、ファン回転数と高圧圧力及び車速との関係を示す特性線図である。
【図８】図８は、冷却用ファンの回転数を可変させる閾値の他の例であり、ファン回転数と高圧圧力及び車速との関係を示す特性線図である。
【図９】図９は、冷却用ファンの回転数を可変させる閾値の他の例であり、ファン回転数と高圧圧力及び車速との関係を示す特性線図である。
【図１０】図１０は、車速と放熱用熱交換器前面の風速との関係を冷却用ファンの回転数がＯＦＦ，ＬＯＷ，ＨＩとなるそれぞれの場合で示した特性線図である。
【図１１】図１１は、冷却用ファンの印加電圧（ファン電圧）と冷凍サイクルの高圧圧力との関係をエアコン負荷が高、中、低となるそれぞれの場合で示した特性線図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  エンジン
２  圧縮機
３  放熱器
５  膨張装置
６  エバポレータ
７  冷凍サイクル
２１  車速検知センサ
２２  高圧圧力検知センサ
【図１】
2006137270.tif 000003
【図２】
2006137270.tif 000004
【図３】
2006137270.tif 000005
【図４】
2006137270.tif 000006
【図５】
2006137270.tif 000007
【図６】
2006137270.tif 000008
【図７】
2006137270.tif 000009
【図８】
2006137270.tif 000010
【図９】
2006137270.tif 000011
【図１０】
2006137270.tif 000012
【図１１】
2006137270.tif 000013